JP2013518479A - 協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
関連技術においてシステムが一定のＭＩＭＯモードで符号化、送信を行うことに起因してシステムの性能と柔軟性が低下するという問題を解決し、システムの性能を向上させることができる、協調多入力多出力（ＭＩＭＯ）ビーム形成のデータ送信方法およびシステムを提供する。
【解決手段】
この方法は、チャネル品質情報（ＣＱＩ）に基づいてＭＩＭＯモードを選択するステップ（Ｓ５０２）と、選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行い、符号化されたデータストリームを、協調し合う複数の送信側に分配するステップ（Ｓ５０４）と、複数の送信側により符号化されたデータストリームを送信するステップ（Ｓ５０６）と、を含む
【選択図】図５

Description

本発明は、無線通信分野に関し、特には協調（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ）多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ、以下は「ＭＩＭＯ」という）ビーム形成のデータ送信方法およびシステムに関するものである。

ビーム形成（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ、「ＢＦ」と略称される）は、自己適応型アンテナの原理に基づいて、アンテナアレイを用いて高度な信号処理アルゴリズムによりアンテナユニットのそれぞれの重み付け処理を行うことにより、アレイが所望の信号方向にリアルタイムに整合し、干渉方向にはヌル（ｎｕｌｌ）を形成して干渉信号を抑制するようにすることである。ビーム形成システムを示す図１に示すように、ビーム形成技術により、信号対雑音比を向上させ、システムの性能を向上させ、システムのカバー範囲を広くすることができる。

単一の送信側を用いるＭＩＭＯは、送信側と受信側とのそれぞれに複数本のアンテナが配置された通信システムである。図２に示すように、その符号化方式は、主に空間ダイバーシチ（ｓｐａｃｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）と空間多重化（ｓｐａｃｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とに分けられる。送信側または受信側に複数のアンテナが設けられ、かつ、各送信アンテナにより送信されるデータ集合が同じである場合、受信側は、得られた複数の分岐られた信号を併用することにより、リンクの信頼性を向上させる。このようなＭＩＭＯ技術は、空間ダイバーシチといわれる。送信側と受信側の両方に複数本のアンテナが設けられている場合、ＭＩＭＯチャネルは、複数の並列チャネルと等価されるため、複数のデータストリームを同時並列に送信することができ、データの伝送速度が向上する。これは、空間多重化である。

協調ＭＩＭＯ（Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ＭＩＭＯ）は、伝統的な単一の送信側を用いるＭＩＭＯ技術の発展である。協調ＭＩＭＯ技術において、複数の送信側は、協調により同一の時間周波数リソースにおいて複数の受信側に対してサービスを提供することにより、セル間干渉の低減、システムの容量の向上、セル境界のカバーの改良、受信側のデータレートの向上を図り、当該技術は、セル境界にある受信側の性能の向上に非常に有効である。協調ＭＩＭＯビーム形成は、協調ＭＩＭＯシステムにおける各送信側がビーム形成を用いる技術である。図３に示すように、２つの送信側は、協調により、同一の時間周波数リソースにおいてセルのエッジにあるユーザに対してサービスを提供することにより、セル間干渉の低減を図り、当該受信側のデータレートを顕著に向上させる。図４に示すように、協調ＭＩＭＯを実現するには、互い協調し合う送信側は、通信を行い、メインコントローラによりリソース・スケジューリング（ｒｅｓｏｕｃｅ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）、データストリームのＭＩＭＯ符号化などの機能を実行する必要がある。

セル移動体通信システムでは、協調ＭＩＭＯ技術とほかの単一の送信側を用いるＭＩＭＯ技術とが同時に存在し、異なるＭＩＭＯモードの間でモードの切替を実現する必要がある場合がある。しかし、関連技術において、システムは、一定のＭＩＭＯモードに設定され、後続段階においても一定のＭＩＭＯモードでデータストリームの符号化、送信を行う。この結果、協調ＭＩＭＯシステムの融通性が影響され、システム性能の低下の問題が発生する。

本発明は、上記問題の少なくとも１つを解決するために、協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信方法およびシステムを提供することを目的とする。

本発明の１態様によれば、チャネル品質情報ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するステップと、選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行い、符号化されたデータストリームを、協調し合う複数の送信側に分配するステップと、複数の送信側により符号化されたデータストリームを送信するステップと、を含む協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、複数の送信側と、受信側と、メインコントローラとを備え、メインコントローラは、ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するＭＩＭＯモード選択モジュールと、選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行うＭＩＭＯ符号化モジュールと、符号化されたデータストリームを、互いに協調し合う複数の送信側に分配する送信モジュールと、を含み、複数の送信側は、符号化されたデータストリームを受信側に送信し、受信側は、符号化されたデータストリームを受信する協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムが提供される。

本発明によれば、チャネル品質情報に基づいてＭＩＭＯモードを選択し、さらに選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームを符号化し、符号化されたデータストリームを、協調し合う複数の送信側に分配して、送信側により、符号化されたデータストリームを送信することにより、関連技術においてシステムが一定のＭＩＭＯモードで符号化、送信を行うことに起因してシステムの性能と柔軟性が低下するという問題を解決し、システムの性能を向上させることができる。

ここで説明する図面は、本発明を理解させるためのものであり、本発明の一部を構成し、本発明における実施例と共に本発明を解釈するためのものであって、本発明を不当に限定するものではない。図面において、
関連技術に係る線形アンテナアレイに基づくＢＦシステムを示す図である。 関連技術に係る空間ダイバーシチと空間多重化符号化方式の単一の送信側を用いるＭＩＭＯシステムを示す図である。 関連技術に係る協調ＭＩＭＯビーム形成がエッジの受信側にサービスを提供する様子を示す図である。 関連技術に係る協調ＭＩＭＯビーム形成における受信側、送信側、コントローラを示す図である。 本発明の実施例に係る協調多入力多出力（ＭＩＭＯ）ビーム形成のデータ送信方法のフローチャートである。 本発明の実施例に係る送信側のアンテナの種類を示す図である。 本発明の実施例に係る協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信システムの詳細構成を示すブロック図である。 本発明の実施例に係る協調多入力多出力ビーム形成のデータ送信システムの構成を示す図である。 本発明の実施例に係る２つの送信側の各物理的アンテナが同一の時間周波数リソースにおいてデータを送信する様子を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本願の実施例および実施例の特徴は、衝突がない場合には、互いに組み合わせることが可能である。

本発明の実施例において、受信側と、互いに協調し合う複数の送信側とを備える無線通信システムに適用可能な、協調多入力多出力（ＭＩＭＯ）ビーム形成のデータ送信方法が提供される。図５は、本発明の実施例に係る協調多入力多出力ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信方法のフローチャートである。図５に示すように、この方法は、チャネル品質情報ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するステップＳ５０２と、選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行い、符号化されたデータストリームを、互いに協調し合う複数の送信側に分配するステップＳ５０４と、上記複数の送信側により、符号化されたデータストリームを送信するステップＳ５０６と、を含む。

関連技術は、一定のＭＩＭＯモードでＭＩＭＯ符号化を行うため、複数種類のＭＩＭＯモードの切り替えに柔軟に適用することができず、システムの性能が低下する。本発明の実施例に係る方法は、関連技術と異なって、まずチャネル品質情報に基づいてＭＩＭＯモードを選択し、次に選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームをＭＩＭＯ符号化して複数の送信側により送信する。この方法は、複数種類のＭＩＭＯモードの切り替えに柔軟に対応することができ、システムの性能を向上させることができる。

上記送信側は、例えばマクロ基地局やマイクロ基地局などの、データまたは情報を送信するための装置である。受信側は、端末、移動局、携帯装置、データカードなどの、データまたは情報を送信するための装置である。

上記ＭＩＭＯ符号化は、具体的には、１つまたは複数のデータストリームを変換処理して複数のデータストリームを形成する処理である。無線通信システムにおけるＭＩＭＯ符号化は、入力される各々のデータストリームを複数のコピーおよび／またはコピーの共役および／またはコピーの複素共役に変換する空間ダイバーシチと、入力される１つまたは複数のデータストリームをそのまま出力する空間多重化方式とを含むことができる。

ステップＳ５０２は、ＣＱＩに基づいて、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードと、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードと、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードとを含む所定の複数種類のＭＩＭＯモードから１つのＭＩＭＯモードを選択することを含むことが好ましい。この処理は、以下の２つの方式により実現することができるが、これらに限定されない。

[第１の方式：距離に基づく方法]
ステップ１において、
を計算する。ただし、CI_iは、受信側からｉ番目の送信側へのＣＱＩであり、ｉは、i=1,…,N、Nは、互いに協調し合う複数の送信側の数であり、
は、数値CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの近似度を定量化する演算である。好ましくは、
（p>0）である。なお、
は、
に限定されず、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの近似度を定量化することができるすべての演算を含む。

ステップ２において、Dが第１の閾値d₁未満であるかを判断し、Dが第１の閾値d₁未満である場合には、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、Dが第１の閾値d₁未満ではない場合には、Dが第２の閾値d₂以下であるかを判断し、Dが第２の閾値d₂以下である場合、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、Dが第２の閾値d₂以下ではない場合、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択する。ただし、0＜d₁＜d₂である。

ステップ２において、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択することは、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nのうちの最大値に対応する送信側により前記受信側にデータを送信する、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択すること、即ち、CI_i(i=1,…,N)が最大値となる送信側を選択して単独で当該受信側にデータを送信することを含むことが好ましい。

[第２の方式]
ステップ１において、
を計算する。ただし、CI_iは、受信側からｉ番目の送信側へのＣＱＩであり、ｉは、i=1,…,N、Nは、互いに協調し合う複数の送信側の数である。
は、数値CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの比を定量化する演算である。好ましくは、
であり、ただし、min(CI₁,…CI_i,…,CI_N)は、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nのうちの最小値を計算するもの、max(CI₁,…,CI_i,…,CI_N)は、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nのうちの最大値を計算するものである。なお、
は、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの比を定量化することができるすべての演算を含み、
に限定されず、例えば
または

（β_kj、
は定数である）であってもよい。また、比の値を計算する対象について、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nのうちの一部の値の重み平均値（重みが１である場合、即ち、算術平均値の場合を含む）の比、例えば、CI1、CI2、CI5の平均値とCI3、CI4の平均値との比を計算してもよい。

ステップ２において、Rが第２の閾値r₂よりも大きいかを判断し、Rが第２の閾値r₂よりも大きい場合には、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、Rが第２の閾値r₂より大きくない場合には、Rが予め設定された第１の閾値r₁以上であるかを判断し、Rが第１の閾値r₁以上である場合、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、Rが第１の閾値r₁以上ではない場合、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択する。ただし、0＜r₁＜r₂である。

ステップ２において、所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択することは、CI₁,…,CI_i,…,CN_Nのうちの最大値に対応する送信側により前記受信側にデータを送信する、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択すること、即ち、CI_i(i=1,…,N)が最大値となる送信側を選択して単独で当該受信側にデータを送信することを含むことが好ましい。

第１の方式と第２の方式において、CI₁,…,CI_i,…,CI_Nは、受信電力と、所定の信号対雑音比のうちの少なくとも１つを含む。信号対雑音比は、信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、以下「ＳＮＲ」という）、信号対干渉雑音比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、以下「ＳＩＮＲ」という）、搬送波対干渉雑音比（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ、以下「ＣＩＮＲ」という）のうちの少なくとも１つを含む。以下、ＳＮＲ、ＳＩＮＲを含む様々な信号対雑音比をＣＩＮＲでまとめて表す。

ステップＳ５０６は、複数の送信側におけるそれぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定するステップＳ５０６２と、それぞれの送信側が、重み値によって符号化されたデータストリームを重み付けして送信するステップＳ５０６４と、を含むことが好ましい。

ステップＳ５０６２は、チャネル係数情報に基づいて、それぞれの送信側の統計的チャネル相関行列（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ）を取得するステップＳ５０６２−１と、統計的チャネル相関行列に基づいて、それぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定するステップＳ５０６２−２と、を含む。

ステップＳ５０６２−１は、具体的には、（１）初期化ステップと、（２）計算ステップと、（３）更新ステップと、（４）制御ステップと、を含む。

（１）初期化ステップにおいて、それぞれの送信側の統計的チャネル相関行列を初期化し、現在のフレームにおける統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選択し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスの１番目のインデックスとする。ただし、ｉ（ｉは正の整数である）番目の送信側の統計的チャネル相関行列は、R_stat,iとする。

（２）計算ステップにおいて、受信側からｉ番目の送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における所定の搬送波集合のチャネル相関性行列
を計算する。ただし、Ｎは、所定の搬送波集合に含まれる搬送波数、Hⁱ(k)は、ｉ番目の送信側の送信アンテナから受信側のアンテナまでの所定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列であり、上付き文字Ｈは、行列の共役転置を求める操作であり、α_i,kは、ｉ番目の送信側のｋ番目の搬送波におけるチャネル行列Hⁱ(k)の占める割合係数である。
Hⁱ(k)は、ｉ番目の送信側が受信側に対応する上りチャネルのチャネル係数行列を測定し、測定したチャネル係数行列に基づいてRx行Txi列のHⁱ(k)を取得する（ただし、Rxは受信側の送信アンテナ数、Txiはｉ番目の送信側の受信アンテナ数である）こと、および、受信側が、上りフィードバックチャネルを介して、受信側に対応するチャネル係数行列を、ｉ番目の送信側にフィードバックし、フィードバックしたチャネル係数行列に基づいてRx行Txi列のHⁱ(k)を取得する（ただし、Rxは受信側の受信アンテナ数、Txiはｉ番目の送信側の送信アンテナ数である）こと、の少なくとも１つにより取得される。
上述した上りチャネルは、受信側が上りサービスを伝送するためのデータチャネル、受信側がｉ番目の送信側に情報をフィードバックするための上りフィードバックチャネル、受信側がｉ番目の送信側に送信したＳｏｕｎｄｉｎｇ信号またはパイロット信号に対応するチャネルのうちの少なくとも１つを含む。

（３）更新ステップにおいて、ｉ番目の送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,i=ρ_iR_stat,i+(1−ρ_i)R_iを更新し、現在の符号インデックスの値を、現在の符号インデックスの次の符号インデックスに更新する。ただし、ρ_iは、定数であり、
である。

（４）制御ステップにおいて、現在の符号インデックスに対応する符号が統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの最後のインデックスとなるまで計算ステップ（２）と更新ステップ（３）を重複して行う。

ステップＳ５０６２−２は、具体的には、以下の方式のいずれかにより実現される。

［第１の方式］固定重み法（Ｆｉｘｅｄ Ｗｅｉｇｈｔ Ｍｅｔｈｏｄ）
を、ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する。ただし、W_j,j=1,2,…,Nは、予め設定された複素列ベクトル、det(x)は、xの行列の行列式の値を計算するものである。

［第２の方式］固有ベクトル（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）法
統計的チャネル相関行列R_stat,iの固有値分解（Ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルW_iを、ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する。ただし、W_iは、Txi×1のベクトル、Txiは、ｉ番目の送信側の送信アンテナ数である。

［第３の方式］定モジュラス（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ）処理を用いた固有ベクトル法
統計的チャネル相関行列R_stat,iの固有値分解を行い、
を、ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する。ただし、
は、R_stat,iの固有値分解により得られた最大の固有値に対応する固有ベクトルであり、
は、Txi×1のベクトルであり、Txiは、ｉ番目の送信側の送信アンテナ数であり、
は、ベクトル
に対して、ベクトル
の各要素のモジュラスを同じにする定モジュラス処理を行うものである。

複数の送信側のそれぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定する処理は、上述したステップＳ５０６２−１とステップＳ５０６２−２での重み更新方法に限定されず、現在の重みとして、前に保持された重み（システムで予め設定された初期重み、または、チャネル係数情報に基づいて前回取得された重み）を決定してもよい。以上のことにより、ステップＳ５０６２−１の前に、重みを更新する必要があるか否かを判断し、必要がある場合には、後続処理を続行し、必要がない場合には、それぞれの送信側が、ＭＩＭＯ符号化された送信データストリームを、システムで予め設定された重みまたは前回決定された重みで重み付けして送信することができる。

以下、実例を参照しながら、本発明の実施例の実現について詳細に説明する。

図６は、本発明の実施例に係るアンテナの配置タイプを示す図である。図６（ａ）は、線形アレイアンテナを示す図であり、図６（ｂ）は、二重偏波アンテナ（ｄｕａｌ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）を示す図であり、図６（ｃ）は、円筒状アンテナを示す図である。以下、図６を参照しながら、実例１〜実例３により本発明の実施例に適用されるアンテナの配置例を説明する。

［実例１］
本実例は、図６（ａ）を参照しながら、アンテナの配置部分の線形アレイアンテナに関する実施例を説明するものである。図６（ａ）に示すように、送信側または受信側には、それぞれが同一面の同一線にある複数本のアンテナが取り付けられている。各アンテナは、いずれの方向にも電磁波を送信する全方向性アンテナ、ある角度の範囲に電磁波を送信する指向性アンテナ、または、ある方向に偏波される単一偏波アンテナであってよい。

［実例２］
本実例は、図６（ｂ）を参照しながら、アンテナの配置部分の二重偏波アンテナに関する実施例を説明するものである。図６（ｂ）に示すように、送信側または受信側には、それぞれが同一面の同一線にある複数本のアンテナが取り付けられている。各アンテナは、ある方向に偏波される一対の二重偏波アンテナである。例えば、この一対の二重偏波アンテナは、一方が+４５度偏波され、他方が-４５度偏波される。

［実例３］
本実例は、図６（ｃ）を参照しながら、アンテナの配置部分の円筒状アンテナに関する実施例を説明するものである。図６（ｃ）に示すように、送信側または受信側には、それぞれが楕円の周縁にある複数本のアンテナが取り付けられている。各アンテナは、いずれの方向にも電磁波を送信する全方向性アンテナ、ある角度の範囲に電磁波を送信する指向性アンテナ、または、ある方向に偏波される単一偏波アンテナであってよい。

［実例４］
本実例は、チャネル相互関係（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）によりチャネル係数行列を得る実施例を説明するものである。
送信側１、送信側２、受信側のそれぞれには、Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ本のアンテナが取り付けられている。アンテナは、図６における線形アレイアンテナ、二重偏波アンテナ、または、円筒状アンテナに配置されてもよい。受信側は、取り付けられたアンテナの全部または一部によりデータストリームを送信側に送信する。このデータストリームは、受信側により送信側にフィードバックされる情報、パイロット、Ｓｏｕｎｄｉｎｇシーケンスまたはサービス・データであってもよい。ここで、受信側においてデータストリームを送信するアンテナの数は、Ｒｔであり、且つ、Ｒｔ≦Ｒｘである。送信側は、第１のアンテナ群に対応する上りチャネルを推定する。推定されたチャネル係数は、h¹ _i,_j(t,k)であり、受信側のデータ送信用のアンテナｊと送信側１のアンテナｉとの間の時刻ｔのｋ番目の副搬送波のチャネル係数を示すものである。ここで、ｉ＝１,…,Ｔｘ１、ｊ＝１,…,Ｒｔ、ｔ＝１,…,Ｔｓ、ｋ＝１,…,Ｎであり、ＴｓとＮは、重みを推定するためのリソースブロックの、時間領域における符号数と周波数領域における副搬送波数を示す。行列形式に表すと、
となる。
同様に、受信側から送信側２までのチャネル係数行列は、
と推定される。
このように、チャネルの相互関係により、送信側１および送信側２のそれぞれから受信側までの下りチャネル行列は、(H¹ _UL(t,k))^Tと(H² _UL(t,k))^Tとされる。ただし、Ｔは、行列またはベクトルの転置を示すものである。送信側１と送信側２は、(H¹ _UL(t,k))^T、(H² _UL(t,k))^Tから重みを得る。

［実例５］
本実例は、下りフィードバックによりチャネル係数行列を得る実施例を説明するものである。
送信側１、送信側２、受信側のそれぞれには、Ｔｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ本のアンテナが取り付けられている。アンテナは、図６における線形アレイアンテナ、二重偏波アンテナ、または、円筒状アンテナに配置されてもよい。受信側は、送信側１から受信側に至る下りリンクのチャネル係数h¹ _i,j(t,k)を推定する。ここで、チャネル係数h¹ _i,j(t,k)は、受信側のデータ送信用のアンテナｊと送信側１のｉ番目のアンテナとの間の時刻ｔのｋ番目の副搬送波のチャネル係数を示すものである。ただし、ｊ＝１,…,Ｔｘ１、ｉ＝１,…,Ｒｔ、ｔ＝１,…,Ｔｓ、ｋ＝１,…,Ｎであり、ＴｓとＮは、重みを推定するためのリソースブロックの、時間領域における符号数と周波数領域における副搬送波数を示す。行列形式に表すと、
となる。
同様に、送信側２のアンテナから受信側までのチャネル係数行列は、
と推定される。
受信側は、H¹ _DL(t,k)と H² _DL(t,k)からビーム形成用の重み、重みのインデックス、または、統計的チャネル相関行列を取得して、対応する送信側にフィードバックするすることができる。或いは、H¹ _DL(t,k)およびH² _DL(t,k)、または、定量化された
および
を、対応する送信側にフィードバックし、送信側１及び送信側２は、H¹ _DL(t,k)およびH² _DL(t,k)、または、定量化された
および
からビーム形成用の重みを取得する。

［実例６］
本実例は、図１０（ａ）を参照しながら、空間ダイバーシチモードにより符号化を行う実施例を説明するものである。
送信側１および送信側２の送信用物理的アンテナは、それぞれＴｘ１、Ｔｘ２である。各送信側アンテナは、１つのビームに仮想化され、各ビームは、１つの仮想アンテナである。送信されるデータストリームは、ｓ_１とｓ_２、ビーム形成用の重みは、
とされる。
空間ダイバーシチの時、仮想アンテナ１は、２つの隣接する時刻（または副搬送波）においてデータストリームｓ_１、-ｓ^* ₂を、仮想アンテナ２は、２つの隣接する時刻（または副搬送波）においてデータストリームｓ_２、ｓ^* ₁を、それぞれ送信する。すなわち、第１の時刻（または副搬送波）において、物理的アンテナにマッピングされる様子は、図１０（ａ）に示すように、送信側１がｉ番目のアンテナにおいてデータw_1,is₁を送信し、送信側２がｊ番目のアンテナにおいてデータw_2,jｓ₂を送信する。第２の時刻（または副搬送波）において、物理的アンテナにマッピングされる様子は、図１０（ｃ）に示すように、送信側１がｉ番目のアンテナにおいてデータ−w_1,iｓ^* ₂を送信し、送信側２がｊ番目のアンテナにおいてデータw_2,jｓ^* ₁を送信する。ここで、ｉ＝１,…,Ｔｘ１、ｊ＝１,…,Ｔｘ２である。

［実例７］
本実例は、空間ダイバーシチモードにより符号化を行うほかの実施例を説明するものである。
送信側１および送信側２の送信用物理的アンテナは、それぞれＴｘ１、Ｔｘ２である。各送信側アンテナは、１つのビームに仮想化され、各ビームは、１つの仮想アンテナである。送信されるデータストリームは、ｓ_１であり、ビーム形成用の重みは、
とされる。
空間ダイバーシチの時、仮想アンテナ１と仮想アンテナ２は、同一の時刻（または副搬送波）においてデータストリームｓ_１、ｓ^* _１をそれぞれ送信する。すなわち、同一の時刻（または副搬送波）において、物理的アンテナにマッピングされる様子は、図１０（ｂ）に示すように、送信側１がｉ番目のアンテナにおいてデータw_1,iｓ_１を送信し、送信側２がｊ番目のアンテナにおいてデータw_2,jｓ^* _１を送信する。ここで、ｉ＝１,…,Ｔｘ１、ｊ＝１,…,Ｔｘ２である。

［実例８］
本実例は、空間多重化モードにより符号化を行う実施例を説明するものである。
送信側１および送信側２の送信用物理的アンテナは、それぞれＴｘ１、Ｔｘ２である。各送信側アンテナは、１つのビームに仮想化され、各ビームは、１つの仮想アンテナである。送信されるデータストリームは、ｓ_１とｓ_２、ビーム形成用の重みは、
とされる。
空間多重化の時、仮想アンテナ１と仮想アンテナ２は、同一の時刻（または副搬送波）においてデータストリームｓ_１、ｓ_２をそれぞれ送信する。すなわち、同一の時刻（または副搬送波）において、物理的アンテナにマッピングされる様子は、図１０（ａ）に示すように、送信側１がｉ番目のアンテナにおいてデータw_1,is₁を送信し、送信側２がｊ番目のアンテナにおいてデータw_2,js₂を送信する。ここで、ｉ＝１,…,Ｔｘ１、ｊ＝１,…,Ｔｘ２である。

［実例９］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に受信電力及びそれらの距離に基づいてＭＩＭＯモードを選択する実施例を説明するものである。
システムには、２つの基地局と、１つのエッジユーザがある。２つの基地局がどのＭＩＭＯモードによりデータを送信するかを判断する処理は、
基地局１と基地局２が、ユーザからの上り電力Ｐ_１とＰ_２をそれぞれ測定するステップ（１）と、
ユーザから両基地局への電力Ｐ_１とＰ_２との距離D=|P₁−P₂|^p（ただし、p＞0であり、|・|は絶対値を示す）を計算するステップ（２）と、
Ｄと設定された閾値ｄ_１、ｄ_２（ただし、0＜d₁＜d₂である）とを比較するステップ（３）と、を含む。
ステップ（３）において、
（３．１）Ｄ＜ｄ_１の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
（３．２）ｄ_１≦Ｄ≦ｄ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
（３．３）Ｄ＞ｄ_２の場合、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択して送信を行う。
（３．３）において、具体的には、
（３．３．１）Ｐ_１＞Ｐ_２の場合、送信側１のみにより受信側にデータを送信し、
（３．３．２）Ｐ_１＜Ｐ_２の場合、送信側２のみにより受信側にデータを送信する。

［実例１０］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に受信信号対雑音比およびそれらの距離に基づいてＭＩＭＯモードを選択する実施例を説明するものである。
システムには、２つの基地局と、１つのエッジユーザがある。２つの基地局がいずれのＭＩＭＯモードによりデータを送信するかを判断する処理は、
基地局１と基地局２が、ユーザからの上りの信号対雑音比CINR₁と CINR₁をそれぞれ測定するステップ（１）と、
ユーザから両基地局への信号対雑音比CINR₁と CINR₁との距離D=|CINR₁−CINR₂|^p（ただし、p＞0であり、|・|は絶対値を示す）を計算するステップ（２）と、
Ｄと設定された閾値ｄ_１、ｄ_２（ただし、0＜d₁＜d₂である）とを比較するステップ（３）と、を含む。
ステップ（３）において、
（３．１）Ｄ＜ｄ_１の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
（３．２）ｄ_１≦Ｄ≦ｄ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
（３．３）Ｄ＞ｄ_２の場合、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択して送信を行う。
（３．３）において、具体的には、
（３．３．１）CINR₁＞CINR₂の場合、基地局１のみにより受信側にデータを送信し、
（３．３．２）CINR₁＜CINR₂の場合、基地局２のみにより受信側にデータを送信する。

［実例１１］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に受信電力とそれらの比に基づいてＭＩＭＯモードを選択する実施例を説明するものである。
システムには、２つの基地局と、１つのエッジユーザがある。２つの基地局がどのＭＩＭＯモードによりデータを送信するかを判断する処理は、
基地局１と基地局２が、ユーザからの上り電力Ｐ_１とＰ_２をそれぞれ測定するステップ（１）と、
ユーザから両基地局への電力Ｐ_１とＰ_２との比
（ただし、minは、２つの値のうちの小さいものとするものである）を計算するステップ（２）と、
Ｒと設定された閾値ｒ_１、ｒ_２（ただし、0＜r₁＜r₂である）とを比較するステップ（３）と、を含む。
ステップ（３）において、
（３．１）Ｒ＞ｒ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
（３．２）ｒ_１≦Ｒ≦ｒ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
（３．３）Ｒ＜ｒ_１の場合、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択して送信を行う。
（３．３）において、具体的には、
（３．３．１）Ｐ_１＞Ｐ_２の場合、基地局１のみにより受信側にデータを送信し、
（３．３．２）Ｐ_１＜Ｐ_２の場合、基地局２のみにより受信側にデータを送信する。

［実例１２］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に受信信号対雑音比およびそれらの比に基づいてＭＩＭＯモードを選択する実施例を説明するものである。
システムには、２つの基地局と、１つのエッジユーザがある。２つの基地局がどのＭＩＭＯモードによりデータを送信するかを判断する処理は、
基地局１と基地局２が、ユーザからの上りの信号対雑音比CINR₁と CINR₁をそれぞれ測定するステップ（１）と、
ユーザから両基地局への信号対雑音比CINR₁と CINR₁との比
（ただし、minは、２つの値のうちの小さいものとするもの、maxは、２つの値のうちの大きいものとするものである）を計算するステップ（２）と、
Ｒと設定された閾値ｒ_１、ｒ_２（ただし、0＜r₁＜r₂である）とを比較するステップ（３）と、を含む。
ステップ（３）において、
（３．１）Ｒ＞ｒ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
（３．２）ｒ_１≦Ｒ≦ｒ_２の場合、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
（３．３）Ｒ＜ｒ_１の場合、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択して送信を行う。
（３．３）において、
（３．３．１）CINR₁＞CINR₂の場合、基地局１のみにより受信側にデータを送信し、
（３．３．２）CINR₁＜CINR₂の場合、基地局２のみにより受信側にデータを送信することが好ましい。

［実例１３］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に固定重み法により重みを得る実施例を説明するものである。
送信側により予め設定された行列（ベクトル）集合は、W_i,i=1,2,…,Nであり、ここで、W_i,i=1,2,…,Nは、複素ベクトルである。
送信側１と送信側２は、重みを更新する必要があるかを判定し、重みを更新する必要がない場合、システムで予め設定された重み、または、前回残された重みを使用する。重みを更新する必要がある場合には、固定重み法により重みを取得する。そのステップは、
各送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,1,R_stat,2を初期化し、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選び取り、現在の符号インデックスを初期化するステップ（１）と、
当該受信側から各送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における特定の搬送波集合のチャネル相関性行列
と
をそれぞれ計算する（ただし、
のα_1,kとα_2,kの両方は、１に設定され、Ｈの下付き文字は、行列Ｈの大きさを示すものであり、例えば、下付き文字RxとTx1は、当該行列がRx行Tx1列のものであり、Nは、特定の搬送波集合に含まれる搬送波数、H¹ _Rx,Tx1(k), H² _Rx,Tx2(k)は、送信側１および送信側２のそれぞれの送信アンテナから受信側アンテナへの特定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列である）ステップ（２）と、
２つの送信側の統計的チャネル相関行列をそれぞれR_stat,1=ρ₁R_stat,1+(1−ρ₁)R₁と R_stat,2=ρ₂R_stat,2+(1−ρ₂)R₂（ただし、ρ_1, ρ₂は、定数であり、
である）に更新し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの現在の符号インデックスの次のインデックスとするステップ（３）と、
現在のフレームが終了するまでステップ（２）〜（３）を重複して行うステップ（４）と、
送信側１において式
により対応する重みW₁を求め、送信側２において式
により対応する重みW₂を求める（ただし、ｄｅｔは、行列の行列式の値を求めるものである）ステップ（５）と、を含む。

［実例１４］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に固有ベクトル法により重みを得る実施例を説明するものである。
送信側１と送信側２は、重みを更新する必要があるかを判定し、重みを更新する必要がない場合、システムで予め設定された重み、または、前回残された重みを使用する。重みを更新する必要がある場合には、固有ベクトル法により重みを取得する。そのステップは、
各送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,1、R_stat,2、を初期化し、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選び取り、現在の符号インデックスを初期化するステップ（１）と、
当該受信側から各送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における特定の搬送波集合のチャネル相関性行列
と
をそれぞれ計算する（ただし、
のα_1,kとα_2,kの両方は、１に設定され、Nは、特定の搬送波集合に含まれる搬送波数、H¹ _Rx,Tx1(k),H² _Rx,Tx2(k)は、送信側１および送信側２のそれぞれの送信アンテナから受信側アンテナへの特定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列である）ステップ（２）と、
２つの送信側の統計的チャネル相関行列をそれぞれR_stat,1=ρ₁R_stat,1+(1−ρ₁)R₁と R_stat,2=ρ₂R_stat,2+(1−ρ₂)R₂（ただし、ρ₁, ρ₂は、定数であり、
である）に更新し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの現在の符号インデックスの次のインデックスとするステップ（３）と、
現在のフレームが終了するまでステップ（２）〜（３）を重複して行うステップ（４）と、
送信側１により統計的チャネル相関行列R_stat,1の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルＷ_１を送信側１の重みとする（ただし、Ｗ_１は、Ｔｘ１×１のベクトル、Ｔｘ１は、アンテナサブアレイ１の送信アンテナ数である）ステップ（５）と、
送信側２により統計的チャネル相関行列R_stat,2の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルＷ_２を送信側２の重みとする（ただし、Ｗ_２は、Ｔｘ２×１のベクトル、Ｔｘ２は、アンテナサブアレイ２の送信アンテナ数である）ステップ（６）と、を含む。

［実例１５］
本実例は、互いに協調し合う２つの送信側の場合に定モジュラス処理を用いた固有ベクトル法により重みを得る実施例を説明するものである。
送信側１と送信側２は、重みを更新する必要があるかを判定し、重みを更新する必要がない場合、システムで予め設定された重み、または、前回残された重みを使用する。重みを更新する必要がある場合には、定モジュラス処理を用いた固有ベクトル法により重みを取得する。そのステップは、
各送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,1、R_stat,2を初期化し、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選び取り、現在の符号インデックスを初期化するステップ（１）と、
当該受信側から各送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における特定の搬送波集合のチャネル相関性行列
と
をそれぞれ計算する（ただし、
のα_1,kとα_2,kの両方は、１に設定され、
は、特定の搬送波集合に含まれる搬送波数、H¹ _Rx,Tx1(k),H² _Rx,Tx2(k)は、送信側１および送信側２のそれぞれの送信アンテナから受信側アンテナへの特定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列である）ステップ（２）と、
送信側の統計的チャネル相関行列をそれぞれR_stat,1=ρ₁R_stat,1+(1−ρ₁)R₁とR_stat,2=ρ₂R_stat,2+(1−ρ₂)R₂（ただし、ρ_1, ρ₂は、定数であり、
である）に更新し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの現在の符号インデックスの次のインデックスとするステップ（３）と、
現在のフレームが終了するまでステップ（２）〜（３）を重複して行うステップ（４）と、
送信側１により統計的チャネル相関行列R_stat,1の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトル
の定モジュラス処理
により得られたベクトルＷ_１を、送信側１の重みとする（ただし、Ｗ_１、
は、Ｔｘ１×１のベクトル、Ｔｘ１は、送信側１の送信アンテナ数、ｆは、処理されたベクトルの各要素の絶対値を一致させる定モジュラス処理である）ステップ（５）と、
送信側２により統計的チャネル相関行列R_stat,2の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトル
の定モジュラス処理
により得られたベクトルＷ_２を、送信側２の重みとする（ただし、Ｗ_２、
は、Ｔｘ２×１のベクトル、Ｔｘ２は、送信側２の送信アンテナ数、ｆは、処理されたベクトルの各要素の絶対値を一致させる定モジュラス処理である）ステップ（６）と、を含む。

本発明の実施例において、協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムが提供される。当該システムは、図７に示すように、複数の送信側７２と、受信側７４と、メインコントローラ７６とを備える。メインコントローラ７６は、ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するＭＩＭＯモード選択モジュール７７と、選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行うＭＩＭＯ符号化モジュール７８と、符号化されたデータストリームを、互いに協調し合う複数の送信側７２に分配する送信モジュール７９とを含み、複数の送信側７２は、符号化されたデータストリームを受信側７４に送信し、受信側７４は、符号化されたデータストリームを受信する。

複数の送信側７２のそれぞれは、ビーム形成用の重みを決定するための重み決定モジュール８２と、符号化されたデータストリームを、重みで重み付けして受信側に送信するためのビーム形成モジュール８４と、を含むことが好ましい。

［実例１６］
本実例は、本発明の実施例に係る協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムの詳細構成を説明するものである。当該システムは、図９に示すように、
チャネル係数情報に基づいて、ＭＩＭＯモードとして協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモード、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モード、または、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択するＭＩＭＯモード選択モジュールと、チャネル変調符号化されたデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行うＭＩＭＯ符号化モジュールと、を含むメインコントローラと、
前に記憶された重み情報、または、チャネル情報に基づいて統計的チャネル相関行列を計算し、固定重み法、固有ベクトル法、定モジュラス処理を用いた固有ベクトル法のいずれかによりＭＩＭＯビーム形成用の重みを計算することにより得られた重み情報であってよい重み情報を、ＭＩＭＯビーム形成のために提供する重み推定モジュールと、ＭＩＭＯ符号化されたデータストリームに、対応する送信側アンテナのビーム形成用重み成分を乗じて、重み付けされたデータを、対応する送信側の物理的アンテナにより送出するビーム形成モジュールと、をそれぞれ含む複数の送信アンテナと、
を備える。

［実例１７］
本実例は、実例１６の協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムを参照しながら、協調し合う２つの送信側の場合に本発明の実施例のモード選択方法および重み取得方法を用いるＭＩＭＯビーム形成方法の具体的な実施例を説明するものである。
協調し合う送信側の双方は、１つの線形アレイに配列された全方向性アンテナであるＴｘ本のアンテナを備える基地局である。協調基地局の間には、システムのスケジューリング、データの分配、ＭＩＭＯモードの選択を制御するメインコントローラが配置されている。基地局により予め設定された行列（ベクトル）集合は、W_i,i=1,2,…,Nである。ここで、W_i,i=1,2,…,Nは、Ｔｘ×１次元の複素ベクトルであり、ただし、Ｔｘは、送信アンテナ数である。
協調し合う２つの基地局の下には、それぞれ２本のアンテナを含むＭ個のユーザが配置されている。協調し合う基地局は、それぞれのユーザに対して以下の操作を行うことにより、協調ＭＩＭＯビーム形成を実現する。
メインコントローラは、データストリームのチャネル変調符号化を行い、変調符号化されたデータストリームをＭＩＭＯ符号化モジュールに入力する。また、ＭＩＭＯモード選択モジュールにより以下の操作を行うことにより、現在使用されるＭＩＭＯモードを取得する。
（１）基地局１と基地局２は、ユーザからの上り電力Ｐ_１とＰ_２をそれぞれ測定する。
（２）ユーザから両基地局への電力Ｐ_１とＰ_２との距離D=|P₁−P₂|^p（ただし、p＞0であり、|・|は絶対値を示す）を計算する。
（３）Ｄと設定された閾値ｄ_１、ｄ_２（ただし、0＜d₁＜d₂である）とを比較し、ｄ_１≦Ｄ≦ｄ_２という結果を得て、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択する。
ＭＩＭＯ符号化モジュールは、データストリームを、２つずつのデータストリームs_i1,s_i,2からなる複数のグループに分けて空間ダイバーシチ符号化
を行う。ただし、i=1,…,N_s/2であり、N_sは、データストリームの長さである。
重み推定モジュールにおいて、Ｔｘ×１のベクトルである、２つの基地局の重みＷ_１とＷ_２を計算する。重み推定モジュールは、重みを更新する必要があるかを判定し、重みを更新する必要がない場合、システムで予め設定された重み、または、前回残された重みを使用する。重みを更新する必要がある場合には、固定重み法により重みを取得する。そのステップは、
各送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,1,R_stat,2を初期化し、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選び取り、現在の符号インデックスを初期化するステップ（１）と、
当該受信側から各送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における特定の搬送波集合のチャネル相関性行列
と
をそれぞれ計算する（ただし、
のα_1,kとα_2,kの両方は、１に設定され、Nは、特定の搬送波集合に含まれる搬送波数、H¹ _Rx,Tx1(k),H² _Rx,Tx2(k)は、送信側１および送信側２のそれぞれの送信アンテナから受信側アンテナへの特定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列である）ステップ（２）と、
２つの送信側の統計的チャネル相関行列をそれぞれR_stat,1=ρ₁R_stat,1+(1−ρ₁)R₁とR_stat,2=ρ₂R_stat,2+(1−ρ₂)R₂（ただし、ρ_1, ρ₂は、定数であり、
である）に更新し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの現在の符号インデックスの次のインデックスとするステップ（３）と、
現在のフレームが終了するまでステップ（２）〜（３）を重複して行うステップ（４）と、
送信側１において式
により対応する重みW₁を求め、送信側２において式
により対応する重みW₂を求める（ただし、ｄｅｔは、行列の行列式の値を求めるものである）ステップ（５）と、を含む。
重みを得た後、データストリームに重みを付ける。重み付け後、時間対の第１の符号時間において、基地局１と基地局２は、ｊ番目のアンテナにおいてデータw_1,js_i,1と w_2,js_i,2をそれぞれ送信する。第２の符号時間において、基地局１と基地局２は、ｊ番目のアンテナにおいて−w_1,js^* _i,2とw_2,is^* _i,2をそれぞれ送信する。ここで、j=1,…,Tx、i=1,…,N_s/2、W₁=(W_1,1,…,W₁,_Tx1)^T、 W₂=(W_2,1,…,W₂,_Tx2)^Tである。

［実例１８］
本実例は、実例１６の協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムを参照しながら、協調し合う２つの送信側の場合に本発明の実施例のモード選択方法および重み取得方法を用いるＭＩＭＯビーム形成方法の具体的な実施例を説明するものである。
協調し合う送信側の双方は、１つの線形アレイに配列された二重偏波アンテナであるＴｘ本のアンテナを備える基地局である。協調基地局の間には、システムのスケジューリング、データの分配、ＭＩＭＯモードの選択を制御するメインコントローラが配置されている。協調し合う２つの基地局の下には、それぞれ２本のアンテナを含むＭ個のユーザが配置されている。協調し合う基地局は、それぞれのユーザに対して以下の操作を行うことにより、協調ＭＩＭＯビーム形成を実現する。
メインコントローラは、データストリームのチャネル変調符号化を行い、変調符号化されたデータストリームをＭＩＭＯ符号化モジュールに入力する。また、ＭＩＭＯモード選択モジュールにより以下の操作を行うことにより、現在使用されるＭＩＭＯモードを取得する。
（１）基地局１と基地局２は、ユーザからの上りの信号対雑音比CINR₁とCINR₁をそれぞれ測定する。
（２）ユーザから両基地局への信号対雑音比CINR₁と CINR₁との比
を計算する。ここで、minは、２つの値のうちの小さいものとするものである。
（３）Ｒと設定された閾値ｒ_１、ｒ_２（ただし、0＜r₁＜r₂である）とを比較し、Ｒ＞ｒ_２という結果を得て、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択する。
ＭＩＭＯ符号化モジュールは、入力されたデータストリームを、２つずつのデータストリームs_i,1,s_i,2からなる複数のグループに分けて空間ダイバーシチ符号化
を行う。ただし、i=1,…,N_s/2であり、N_sは、データストリームの長さである。
重み推定モジュールにおいて、Ｔｘ×１のベクトルである、２つの基地局の重みＷ_１とＷ_２を計算する。重み推定モジュールは、重みを更新する必要があるかを判定し、重みを更新する必要がない場合、システムで予め設定された重み、または、前回残された重みを使用する。重みを更新する必要がある場合には、固定重み法により重みを取得する。そのステップは、
各送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,1,R_stat,2を初期化し、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選び取り、現在の符号インデックスを初期化するステップ（１）と、
当該受信側から各送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における特定の搬送波集合のチャネル相関性行列
と
をそれぞれ計算する（ただし、
のα_1,kとα_2,kの両方は、１に設定され、Nは、特定の搬送波集合に含まれる搬送波数、H¹ _Rx,Tx1(k),H² _Rx,Tx2(k)は、送信側１および送信側２のそれぞれの送信アンテナから受信側アンテナへの特定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列である）ステップ（２）と、
２つの送信側の統計的チャネル相関行列をそれぞれR_stat,1=ρ₁R_stat,1+(1−ρ₁)R₁とR_stat,2=ρ₂R_stat,₂+(1−ρ₂)R₂（ただし、ρ₁,ρ₂は、定数であり、
である）に更新し、現在の符号インデックスを、統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの現在の符号インデックスの次のインデックスとするステップ（３）と、
現在のフレームが終了するまでステップ（２）〜（３）を重複して行うステップ（４）と、
送信側１により統計的チャネル相関行列R_stat,1の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルＷ_１を送信側１の重みとする（ただし、Ｗ_１は、Ｔｘ１×１のベクトル、Ｔｘ１は、アンテナサブアレイ１の送信アンテナ数である）ステップ（５）と、
送信側２により統計的チャネル相関行列R_stat,2の固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルＷ_２を送信側２の重みとする（ただし、Ｗ_２は、Ｔｘ２×１のベクトル、Ｔｘ２は、アンテナサブアレイ２の送信アンテナ数である）ステップ（６）と、を含む。
重みを得た後、重み値によって、データストリームに重みを付ける。重み付け後、基地局１と基地局２のｊ番目の送信アンテナは、同一の符号時間において、w_1,js_i,1、w_2,js_i,2をそれぞれ送信する。ここで、j=1,…,Tx、i=1,…,N_s/2、W₁=(W_1,1,…,W_1,Tx1)^T、W₂=(W_2,1,…,W_2,Tx2)^Tである。

［実例１９］
本実例は、実例１６の協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システムを参照しながら、本発明の実施例のモード選択方法および重み取得方法を用いるＭＩＭＯビーム形成方法の一般的な実施例を説明するものである。
協調し合う送信側の双方は、線形アレイアンテナ、二重偏波アンテナまたは円筒状アンテナであるＴｘ本のアンテナを備える基地局である。協調基地局の間には、システムのスケジューリング、データの分配、ＭＩＭＯモードの選択を制御するメインコントローラが配置されている。基地局により予め設定されたベクトル集合は、W_i,i=1,2,…,Nである。ここで、W_i,i=1,2,…,Nは、Ｔｘ×１次元の複素ベクトルであり、ただし、Ｔｘは、送信アンテナ数である。
協調し合う２つの基地局の下には、それぞれ２本のアンテナを含むＭ個のユーザが配置されている。協調し合う基地局は、それぞれのユーザに対して以下の操作を行うことにより、協調ＭＩＭＯビーム形成を実現する。
メインコントローラは、データストリームをチャネル変調符号化してＭＩＭＯ符号化モジュールに入力し、ＭＩＭＯ符号化モジュールは、ＭＩＭＯモード選択モジュールによるＭＩＭＯモードに応じてＭＩＭＯ符号化、すなわち、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチ符号化、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化符号化、または、単一基地局を用いるＭＩＭＯ符号化を行う。ＭＩＭＯ符号化されたデータストリームは、X_i=(x_i,1,x_i,2)^Tとなる。ここで、i=1,…,N_s/Sであり、N_sは、データストリームの全長である。
ＭＩＭＯ符号化されたデータストリームは、対応する基地局に分配される。基地局１と基地局２は、入力されたデータストリームを、重み推定モジュールにより得られた重みで重み付けして、対応する物理的アンテナから送出する
前記無線通信システムは、データストリームをＭＩＭＯ符号化モジュールに送信し、ＭＩＭＯ符号化モジュールは、現在のＭＩＭＯモードに応じたＭＩＭＯ符号化を行い、ＭＩＭＯ符号化したデータストリームを、協調し合う複数の送信側に分配する。各送信側は、データストリームを、１組の重み係数で重み付けして、対応する物理的アンテナを介して送出する。
前記現在のＭＩＭＯモードは、ＭＩＭＯモード選択モジュールにより提供され、重みは、重み推定モジュールの処理により得られる。

以上のように、本発明の実施例に係る協調多入力多出力ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信方法およびシステムは、システムの性能を向上させ、カバー範囲を最大限に広げ、セル間干渉を低減し、セルのエッジにあるユーザの通信品質を向上させることができる。

なお、図面のフローチャートに示したステップは、コンピュータが実行可能な１組の命令のようなコンピュータシステムに実行してもよい。フローチャートにはその論理的手順が示されているが、一部の場合には、ここで示された又は説明されたステップを、この手順と異なる順に実行してもよい。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば本発明に様々な修正や変形が可能である。本発明の精神や原則内での如何なる修正、置換、改良などは本発明の保護範囲内に含まれる。

Claims (15)

1. チャネル品質情報ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するステップと、
   選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行い、符号化されたデータストリームを、協調し合う複数の送信側に分配するステップと、
   前記複数の送信側により前記符号化されたデータストリームを送信するステップと、
   を含むことを特徴とする協調多入力多出力ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信方法。
2. 前記ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するステップは、
   前記ＣＱＩに基づいて、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードと、協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードと、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードとを含む所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、１つのＭＩＭＯモードを選択することを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信方法。
3. 前記ＣＱＩに基づいて所定の複数種類のＭＩＭＯモードから１つのＭＩＭＯモードを選択することは、第１の方式および第２の方式のいずれかを含み、
   第１の方式において、
   を計算し（ただし、CI_iは、受信側からｉ番目の送信側へのＣＱＩであり、ｉは、i=1,…,N、Nは、前記複数の送信側の数、
   は、数値CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの近似度を定量化する演算である）、
   Dが第１の閾値d₁未満であるかを判断し、D第１の閾値d₁未満である場合には、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから前記協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
   Dが第１の閾値d₁未満ではない場合には、Dが第２の閾値d₂以下であるかを判断し、Dが第２の閾値d₂以下である場合、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
   Dが第２の閾値d₂以下ではない場合、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、前記単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択し（ただし、0＜d₁＜d₂である）、
   第２の方式において、
   を計算し（ただし、CI_iは、受信側からｉ番目の送信側へのＣＱＩであり、ｉは、i=1,…,N、 Nは、前記複数の送信側の数、
   は、数値CI₁,…,CI_i,…,CI_Nの比を定量化する演算である）、
   Rが第２の閾値r₂よりも大きいかを判断し、Rが第２の閾値r₂よりも大きい場合には、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから前記協調ＭＩＭＯビーム形成の空間多重化モードを選択し、
   Rが第２の閾値r₂より大きくない場合には、Rが予め設定された第１の閾値r₁以上であるかを判断し、Rが第１の閾値r₁以上である場合、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから前記協調ＭＩＭＯビーム形成の空間ダイバーシチモードを選択し、
   Rが第１の閾値r₁以上ではない場合、前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、前記単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択する（ただし、0＜r₁＜r₂である）、ことを特徴とする請求項２に記載のデータ送信方法。
4. 第１の方式の場合に、
   であり、但し、p＞0、ｋとｊは、正の整数であり、
   第２の方式の場合に、
   、
   、または、
   であり、但し、min(X₁,X₂,…)は、X₁,X₂,…のうちの最小値を計算するものであり、max(X₁,X₂,…)は、X₁,X₂,…のうちの最大値を計算するものであり、β_kjは、常数である、ことを特徴とする請求項３に記載のデータ送信方法。
5. 前記所定の複数種類のＭＩＭＯモードから、前記単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択することは、
   CI₁,…,CI_i,…,CI_Nのうちの最大値に対応する送信側により前記受信側にデータを送信する、単一の送信側を用いるＭＩＭＯモードを選択することを含む、ことを特徴とする請求項３に記載のデータ送信方法。
6. CI₁,…,CI_i,…,CI_Nは、受信電力、所定の信号対雑音比のうちの少なくとも１つを含み、前記所定の信号対雑音比は、信号対雑音比ＳＮＲ、信号対干渉雑音比ＳＩＮＲ、搬送波対干渉雑音比ＣＩＮＲのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のデータ送信方法。
7. 前記複数の送信側により前記符号化されたデータストリームを送信するステップは、
   前記複数の送信側におけるそれぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定するステップと、
   前記それぞれの送信側により、前記符号化されたデータストリームを、前記重みで重み付けして送信するステップと、
   を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信方法。
8. 前記複数の送信側におけるそれぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定するステップは、
   チャネル係数情報に基づいて、前記それぞれの送信側の統計的チャネル相関行列を取得するステップと、
   前記統計的チャネル相関行列に基づいて、前記それぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定するステップと、
   を含む、ことを特徴とする請求項７に記載のデータ送信方法。
9. チャネル係数情報に基づいて前記それぞれの送信側の統計的チャネル相関行列を取得するステップは、
   前記それぞれの送信側の統計的チャネル相関行列を初期化し、現在のフレームにおける統計的チャネル相関行列用の符号インデックスを選択し、現在の符号インデックスを、前記統計的チャネル相関行列用の符号インデックスの１番目のインデックスとする（ただし、ｉ番目の送信側の統計的チャネル相関行列は、R_stat,i、ｉは、正の整数である）初期化ステップと、
   前記受信側から前記ｉ番目の送信側への現在の符号インデックスに対応する符号における所定の搬送波集合のチャネル相関性行列
   を計算する（ただし、Ｎは、前記所定の搬送波集合に含まれる搬送波数、Hⁱ(k)は、前記ｉ番目の送信側の送信アンテナから前記受信側のアンテナまでの所定の搬送波集合のｋ番目の副搬送波のチャネル係数行列であり、上付き文字Ｈは、行列の共役転置を求める操作であり、α_i,kは、Hⁱ(k)の占める割合係数である）計算ステップと、
   前記ｉ番目の送信側の統計的チャネル相関行列R_stat,i=ρ_iR_stat,i+(1−ρ_i)R_iを更新し、前記現在の符号インデックスの値を、現在の符号インデックスの次の符号インデックスに更新する（ただし、ρ_iは、定数であり、
   である）更新ステップと、
   前記現在の符号インデックスに対応する符号が前記統計的チャネル相関行列用の符号インデックスのうちの最後のインデックスとなるまで、計算ステップと更新ステップを重複して行う制御ステップと、
   を含む、ことを特徴とする請求項８に記載のデータ送信方法。
10. 前記ｉ番目の送信側が、前記受信側に対応する上りチャネルのチャネル係数行列を測定し、前記測定したチャネル係数行列に基づいてRx行Txi列のHⁱ(k)を取得する（ただし、Rxは前記受信側の送信アンテナ数であり、Txiは前記ｉ番目の送信側の受信アンテナ数である）こと、
    前記受信側が、前記受信側に対応するチャネル係数行列を、上りフィードバックチャネルを介して前記ｉ番目の送信側にフィードバックし、前記フィードバックしたチャネル係数行列に基づいてRx行Txi列のHⁱ(k)を取得する（ただし、Rxは前記受信側の受信アンテナ数であり、Txiは前記ｉ番目の送信側の送信アンテナ数である）ことの少なくとも１つにより、Hⁱ(k)が取得される、ことを特徴とする請求項９に記載のデータ送信方法。
11. 前記上りチャネルは、
    前記受信側が上りサービスを伝送するためのデータチャネル、前記受信側が前記ｉ番目の送信側に情報をフィードバックするための上りフィードバックチャネル、前記受信側が前記ｉ番目の送信側に送信したＳｏｕｎｄｉｎｇ信号またはパイロット信号に対応するチャネルのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１０に記載のデータ送信方法。
12. 前記統計的チャネル相関行列に基づいて前記それぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定することは、
    を、前記ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する（ただし、W_j,j=1,2,…,Nは、予め設定された複素列ベクトルであり、det(x)は、xの行列の行列式の値を計算するものである）第１の方式と、
    統計的チャネル相関行列R_stat,iの固有値分解を行い、最大の固有値に対応する固有ベクトルW_iを、前記ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する（ただし、W_iは、Txi×1のベクトルであり、Txiは、前記ｉ番目の送信側の送信アンテナ数である）第２の方式と、
    統計的チャネル相関行列R_stat,iの固有値分解を行い、
    を、前記ｉ番目の送信側のビーム形成用の重みとして設定する（ただし、
    は、前記R_stat,iの固有値分解により得られた最大の固有値に対応する固有ベクトルであり、
    は、Txi×1のベクトルであり、Txiは、前記ｉ番目の送信側の送信アンテナ数であり、
    は、ベクトル
    に対して定モジュラス処理を行うものである）第３の方式と、のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項８に記載のデータ送信方法。
13. 前記複数の送信側におけるそれぞれの送信側のビーム形成用の重みを決定する前に、
    重みを更新する必要があるか否かを判断し、必要がある場合には、後続処理を続行し、必要がない場合には、前記それぞれの送信側により、ＭＩＭＯ符号化された送信データストリームを、システムで予め設定された重みまたは前回決定された重みで重み付けして送信するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項７に記載のデータ送信方法。
14. 複数の送信側と、受信側と、メインコントローラとを備え、
    前記メインコントローラは、
    ＣＱＩに基づいてＭＩＭＯモードを選択するＭＩＭＯモード選択モジュールと、
    選択されたＭＩＭＯモードでデータストリームのＭＩＭＯ符号化を行うＭＩＭＯ符号化モジュールと、
    符号化されたデータストリームを、互いに協調し合う前記複数の送信側に分配する送信モジュールと、
    を含み、
    前記複数の送信側は、前記符号化されたデータストリームを前記受信側に送信し、
    前記受信側は、前記符号化されたデータストリームを受信することを特徴とする協調ＭＩＭＯビーム形成のデータ送信システム。
15. 前記複数の送信側におけるそれぞれ送信側は、
    ビーム形成用の重みを決定する重み決定モジュールと、
    前記符号化されたデータストリームを、前記重みで重み付けして前記受信側に送信するビーム形成モジュールと、
    を含むことを特徴とする請求項１４に記載のデータ送信システム。